專利名稱：氮化硼-硅酸鹽密封劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化硼-硅酸鹽密封劑，它對(duì)于熔融金屬，特別是熔融鋅具有優(yōu)良的耐蝕性能，而且已被優(yōu)選應(yīng)用于熱浸鍍鋅生產(chǎn)線中接觸或浸漬在熔融金屬鋅中的部件。
熔融的鋅對(duì)鋼鐵等金屬具有浸蝕性，而且由于其表面張力和粘性很低，因而易滲入這些金屬的微米級(jí)的孔隙中。已有人提出或使用一些改進(jìn)抗熔融鋅浸蝕的方法，例如揭示于公開的日本專利申請(qǐng)S56-112117號(hào)的特種鋼和日本專利申請(qǐng)公開111-225761號(hào)的熱噴涂WC-Co涂層。然而，這些技術(shù)都不能有效地耐受熔融鋅的浸蝕。
現(xiàn)行各種耐熔融鋅的鋼，基本上都是鐵基合金，并不能有效地耐受熔融鋅的浸蝕，而其價(jià)格則遠(yuǎn)高于普通的結(jié)構(gòu)鋼。WC-Co和各種自助熔合金等涂層被用作為保護(hù)基體不受熔融鋅浸蝕的熱噴濺涂層，但由于熔融鋅通過相互連通的孔隙滲透并對(duì)金屬粘結(jié)劑的選擇性浸蝕，因而不能有效地保護(hù)基體。
用于對(duì)鍍鋅生產(chǎn)線上熔融鋅容器中使用的輥?zhàn)悠鸨Ｗo(hù)作用的某些密封劑，在運(yùn)行時(shí)易在其表面積累氧化物、浮渣等等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)積累使得鋼條在輥上通過時(shí)被硌傷，結(jié)果使生產(chǎn)出的鋼產(chǎn)品質(zhì)量低。
本發(fā)明的目標(biāo)，是給將用于接觸或浸漬在熔融金屬中的輥等物件提供一種氮化硼-硅酸鹽密封劑，以防止熔融金屬的浸蝕并最大限度減少氧化物和浮渣等等在物件表面和積累。這里所說的浮渣是指由鋁、鋅、鐵等金屬及其混合物所組成的金屬間合金或化合物，但不限于這些。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)，是提供一種易于應(yīng)用而且價(jià)廉的氮化硼-硅酸鹽密封劑。
本發(fā)明涉及一種密封材料，它具有對(duì)熔融鋅等熔融金屬的改進(jìn)的耐蝕性和憎濕性，因而是接觸或運(yùn)行于熔融鋅、鋁或鋅-鋁合金中輥等機(jī)件的理想的涂層結(jié)構(gòu)材料。
本發(fā)明涉及一種密封材料，它具有對(duì)融熔鋅的改進(jìn)了的耐蝕性并且是憎濕性的。因而是接觸或運(yùn)行于熔融金屬中機(jī)件的理想的結(jié)構(gòu)材料或熱噴涂層。
本發(fā)明的密封層，在熔鋅池中已顯示出極好的耐用性。它由下列過程形成(a)制備一種含氮化硼和硅化物的水溶液；(b)將水溶液涂覆到被密封物件的表面；(c)將涂膜的物件在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)加熱，基本上除去涂膜中的水份。
因此，本發(fā)明首先是提供一種極好的抗熔融金屬，特別是抗熔鋅浸蝕的密封劑。其次，這種密封劑在接觸或者用于鋅等熔融金屬時(shí)，與先有的密封劑相對(duì)比，能最大限度地降低氧化物和浮渣等的積累。本密封劑包括氮化硼和硅酸鹽的水溶液，可用涂抹、熱噴涂等噴涂或其它常規(guī)技術(shù)涂到物件表面。優(yōu)選的密封劑水溶液的重量百分配比氮化硼固體為6到18，硅化物固體(總金屬氧化物＋氧化硅)為9到26，其余為水。更優(yōu)選的配比氮化硼固體為9到15，硅化物固體為13到24，其余為水。最優(yōu)選的重量百分配比氮化硼固體為10.5到13.5，硅化物固體為17到20，其余為水。將水溶液涂到物體上之后，應(yīng)使其干燥到基本上除去所有的水份，優(yōu)選地，涂層中的水份降到水溶液含水量的百分之10或更低，更優(yōu)地，降到百分之5或更低。為確保除去水份，有涂層的物體應(yīng)被加熱到212°F以上并保溫一段時(shí)間，使涂層中的水份降到5％或更低。一般說來，保溫干燥時(shí)間1到10小時(shí)應(yīng)已足夠，優(yōu)選時(shí)間為4到8小時(shí)。由于低于212°F時(shí)，水溶液中的水不能有效地蒸發(fā)，所以，加熱有涂層物件的優(yōu)選溫度應(yīng)為212°F以上。當(dāng)密封層快速加熱到熔鋅溫度時(shí)，約470℃會(huì)過量的殘余水份會(huì)使之產(chǎn)物龜裂。
本發(fā)明所用的硅酸鹽的分子式為M2O·xSiO2·yH2O式中的M是堿金屬，x是SiO2的摩爾數(shù)，范圍為1.6到4，y是H2O的摩爾數(shù)，數(shù)值至少為1。優(yōu)選的M應(yīng)是選自鈉、鉀和鋰的一種元素。
合適的硅酸鹽溶液的重量百分配比為SiO226.5，Na2O為10.6，余額為水；K2O 20.8，SiO28.3，余額為水；SiO228.7，Na2O8.9，余額為水。本發(fā)明也使用兩種不同的M2O成分，例如Na2O和K2O的混合物。
密封劑一旦沉積在基體并被基本上除去水份之后，它應(yīng)含有15～70Wt％的氮化硼和30～85wt％的硅酸鹽，優(yōu)選為31～56wt％的氮化硼和44～69wt％的硅酸鹽，最優(yōu)為41.5～47.5wt％的氮化硼和52.5～58.5wt％的硅酸鹽。當(dāng)機(jī)件與熔融鋅等熔融金屬接觸時(shí)，氧化物和浮渣通常都在表面附著并積累，本發(fā)明的氮化硼-硅酸鹽密封劑可阻止這種積累。密封劑中，氮化硼的量應(yīng)使其足以獲得不粘的表面，硅酸鹽則是用于使氮化硼保持在輥等機(jī)件的表面，因而密封了輥，使之免于愛到熔融鋅等熔融金屬的滲入。為了加強(qiáng)密封劑對(duì)輥等機(jī)件表面微孔的滲透力，可添加各種硬脂酸鹽、磷酸鹽或普通的家用洗滌劑等適當(dāng)?shù)臐櫇駝瑑?yōu)選量通常約為≤2wt％。氮化硼原料可用高純的，也可用混有粘土、鋁土二氧化硅和碳的。所以，本發(fā)明可使用多種價(jià)廉的氮化硼商品。準(zhǔn)備用于熔融鋅中的輥，通常都已涂著諸如碳化鎢鈷、氧化鋁、氧化鋯或硼化鉬等保護(hù)層。本發(fā)明的密封劑可涂覆在原有涂層上面，以防熔融鋅對(duì)輥基質(zhì)的滲透，并且大大降低熔融鋅中的氧化物和/或浮渣在涂膜輥表面和積累。
實(shí)例1某個(gè)熱浸涂55％Al-Zn膜鋼條生產(chǎn)線，僅運(yùn)行4到5天，就發(fā)現(xiàn)熔池內(nèi)的輥因粘著氧化物和/或浮渣而失效。這種失效是指由于涂膜輥表面的粘著物，使得鋼板或其它材料與輥接觸時(shí)產(chǎn)生硌痕和其它損傷。
該生產(chǎn)線熔池內(nèi)的316L不銹鋼錕，原先已用爆燃槍法噴涂了約127和178微米的碳化鎢鈷涂層，現(xiàn)在應(yīng)用本發(fā)明在原涂層外面再涂兩遍含氮化硼的硅酸鈉密封劑溶液，所用密封劑的成分為40wt％氮化硼“涂料”(BN＞30％，粘土＜4％，水＞66％)；10wt％水；50wt％硅酸鈉溶液(SiO2與Na2O的比值為2.5)。
將涂抹兩遍密封劑之后的輥放在稍高于212°F溫度下烘烤6小時(shí)，然后將這個(gè)輥安裝在熱浸涂鋅生產(chǎn)線上，結(jié)果成功地運(yùn)行了18天，而未經(jīng)再涂膜的輥按預(yù)期的僅能耐用4天。從55％Al-Zn熔池中取出輥，發(fā)現(xiàn)輥面的3/4上有浮渣積累。將此輥放在稀硫酸(也可用稀鹽酸)中，酸洗掉浮渣而不損傷密封層，所以，這個(gè)涂膜的輥又可返回熔池中運(yùn)行。
實(shí)例2在某一鍍純鋅的成套生產(chǎn)線中，共有3個(gè)輥(1個(gè)有槽，兩個(gè)光滑)。用實(shí)例1中的方法步驟給這3個(gè)輥都涂上密封涂層，經(jīng)過9天運(yùn)行后，停工做常規(guī)維護(hù)檢查，發(fā)現(xiàn)附著在這些輥上的鋅易被除掉，輥又可以返回使用。沒有涂層的輥，經(jīng)過和上述相似的運(yùn)行后，表面完全被鋅覆蓋，并且不能揩掉，需用機(jī)械方法或酸洗。
不言而喻，可以在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案進(jìn)行修改或改變。
權(quán)利要求
1.一種密封劑溶液，其組成為6到18重量百分?jǐn)?shù)的氮化硼固體，9到26重量百分?jǐn)?shù)的硅酸鹽固體和余額的水。
2.權(quán)利要求1的密封劑溶液，其中硅酸鹽的化學(xué)式為M2O·xSiO2·yH2O式中的M是一種堿金屬，X是SiO2的摩爾數(shù)，范圍為1.6到4，y是H2O的摩爾數(shù)，數(shù)值至少為1。
3.權(quán)利要求2的密封劑溶液，其中M從鈉、鉀和鋰選取。
4.一種用氮化硼-硅酸鹽密封劑密封物件外表面的方法，該方法包括的步驟為(a)制備一種含氮化硼-硅酸鹽的水溶液(b)將該溶液涂到被密封體的外表面上；(c)將步驟(b)涂上涂層的物體加熱保溫一段時(shí)間，以基本上除去密封涂層中的水分。
5.權(quán)利要求4的方法，其中硅酸鹽的化學(xué)式為M2O·xSiO2·yH2O式中的M是一種堿金屬，X是SiO2的摩爾數(shù)，范圍為1.6到4，y是H2O的摩爾數(shù)，數(shù)值至少為1。
6.權(quán)利要求5的方法，其中M從鈉、鉀和鋰選取。
7.一種具有一層抗熔融金屬的多孔性涂層的物件，它的表面有氮化硼-硅酸鹽密封劑，密封劑包括15到70重量百分?jǐn)?shù)的氮化硼和30到85重量百分?jǐn)?shù)的硅酸鹽。
8.權(quán)利要求7的物件，其中所說的物件是鋼輥，所說的硅酸鹽的化學(xué)式為M2O·xSiO2·yH2O式中的M是堿金屬。X是SiO2的摩爾數(shù)，范圍為1.6到4，y是H2O的摩爾數(shù)，數(shù)值至少為1。
9.權(quán)利要求7的物件，其中所說的多孔性涂層從碳化鎢鈷、氧化鋁、氧化硅和碳中選取，所說的M從鈉、鉀和鋰選取。
10.權(quán)利要求9的物物，其中所說的多孔性涂層是碳化鎢鈷膜，所說的M是鈉元素。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含有氮化硼-硅酸鹽的、具有優(yōu)良的耐熔融鋅等熔融金屬浸蝕的密封劑和將該密封劑涂到基體上的方法。
文檔編號(hào)C23C2/00GK1116228SQ9510585
公開日1996年2月7日 申請(qǐng)日期1995年5月25日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月26日
發(fā)明者A·J·施塔沃斯 申請(qǐng)人:普拉塞爾.S.T.技術(shù)有限公司